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In dieser Projektarbeit wird mit der Hilfe von Reanalysedaten ein geeigneter Standort für eine Windkraftanlage in der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN)ausgesucht. Hierzu werden Daten vom Windenergieatlas Bayern und der Datenbank MERRA2 der NASA verwendet. Daraufhin wird an diesem Standort das Windaufkommen von 1980 bis 2017 untersucht, um das windstärkste und das windschwächste Jahr und die durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten zu ermitteln. Anschließend werden die Benutzungsrade und die in einem Jahr abgegebenen Energien von modernen Anlagen in diesen Jahren verglichen.
Regenerative Selbstversorgung eines Industriegebiets im ländlichen Raum der EMN (Abschlussbericht)
(2018)
In dieser Arbeit wird untersucht, wie die regenerative Selbstversorgung eines Industriegebiets in der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) erreicht werden kann. Dazu wird zunächst ein beispielhaftes Modellgebiet erstellt, das aus verschiedenen Unternehmen der EMN zusammengesetzt ist und die Basis der weiteren Betrachtung bildet. Der Strom- und Wärmebedarf dieses Gebiets wird aus verschiedenen Daten zum branchenspezifischen Energieverbrauch, dem Umsatz und der Beschäftigtenzahl von Unternehmen in Bayern und Deutschland abgeschätzt und anschließend dem vorhandenen Potenzial zur Wind- und Sonnenenergienutzung gegenübergestellt.
Das Ergebnis der Betrachtung ist, dass eine komplette Selbstversorgung mit elektrischer Energie zwar möglich ist, allerdings nur bei ausreichend hoher Speicherkapazität. Der ergänzende Einsatz von regenerativen Energieformen erscheint sinnvoller und bietet die Möglichkeit einen Großteil des erforderlichen Energiebedarfs zu decken. Im Bereich der Wärmeversorgung bereitet vor allem die Bereitstellung von Prozesswärme aufgrund der hohen erforderlichen Temperatur Probleme, weshalb hier nach aktuellem Stand lediglich ein unterstützender Einsatz von erneuerbaren Energien denkbar und in diesem Bereich noch viel Entwicklungsbedarf vorhanden ist.
Diese Projektarbeit beschäftigt sich mit der Realisierbarkeit der Energiewende durch den Einsatz von solarthermischen Kollektormodulen zur autarken Erzeugung von Wärmeenergie. Hauptaufgabe ist die Simulation und Auswertung einer solarthermischen Anlage und dem damit verbundenem CO2 Einsparpotential gegenüber einer Wärmeerzeugung aus Kraft- und Heizwerken.
Zuerst werden die Grundlagen zu solarthermischen Kollektoren geklärt und die Wahl eines geeigneten Modules getroffen. Danach wird eine solare Strahlungsanalyse im Gebiet der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) durchgeführt. Anschließend wird ebenfalls für die Stadt Nürnberg eine Strahlungsanalyse erstellt und beide Ergebnisse miteinander verglichen. Dadurch soll festgestellt werden, ob benötigte Berechnungen anhand vorhandener Daten in der Region Nürnberg auch für die gesamte EMN sprechen. Als nächstes sind die vorhandenen Ergebnisse mit denen der im Jahr 2017 ausgekoppelten Wärme eines kommunalen Versorgers gegenüberzustellen. Jetzt wird eine solarthermische Analyse an einem gewählten Beispiel mithilfe einer anerkannten Simulation durchgeführt. Die vorhandenen Ergebnisse werden ausgewertet und in einer Vergleichsrechnung das CO2 Einsparpotential in Bezug auf die Fläche der eingesetzten Kollektoren aufgezeigt. Dadurch kristallisiert sich ein Ergebnis heraus, welches eine Aussage über die Rentabilität oder nicht Rentabilität in Bezug auf die Energiewende treffen kann.
Das Projekt verläuft im Rahmen des Seminars „Projekt Energietechnik“ des sechsten Semesters Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg. Ziel des Projekts ist es, eine Konzeptstudie zu erstellen, bei der das Stromversorgungsnetz der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) bis 2050 hundertprozentig regenerativ versorgt werden kann. Bei einer vollkommenen regenerativen Energieversorgung entsteht das Problem von Eigendefiziten aufgrund volatiler Wetter-erscheinungen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wird in dieser Projektarbeit der optimale Mix aus Laufwasser, Biomasse, Sonnen- und Windkraft untersucht, um die Metropolregion bis 2050 komplett aus regenerativen Energien versorgen zu können. Die entstehenden Defizite sollen mit Hilfe von geotechnischen Speichern ausgeglichen werden. Für die Auswertungen werden die Informationen der Klimadatenbank der NASA herangezogen, um das Jahr mit den ungünstigsten Wetter-bedingungen seit Beginn dieser Wetteraufzeichnungen herauszufiltern. Hierbei wird vor allem auf das Wind- und Sonnenpotential eingegangen, da Laufwasser und Biomasse in dieser Region weitestgehend ausge-schöpft sind. Die ausgewerteten Daten zeigen, dass im Jahr 2014 der ungünstigste Mix aus Solar- und Windenergie vorlag. Anhand der Auswertung wurde eine Zusammenstellung der erneuerbaren Energien in Bezug auf den Stromverbrauch von 2017, eine Verteilung von ca. 75 Prozent Windenergie, ca. 32 Prozent Solarenergie und insgesamt 13 Prozent aus Biomasse- und Wasserkraftenergie erstellt. Hieraus muss mindestens ein Überschuss von 20 Prozent entstehen, da das Übertragen der Energie sowie das Zwischenspeichern immer mit Verlusten verbunden sind. Anhand dieser Daten ergibt sich unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Speicher, eine jährlich zu kompensierende Energiemenge von 6,8 TWh. Hierbei muss ein maximales zeitliches Defizit von 165 Stunden überbrückt werden um der EMN zuverlässig Strom liefern zu können. Alle regenerativen Energieträger ergeben eine insgesamt zur Verfügung gestellte elektrische Leistung von 9,9 TWh. Der daraus entstehende Stromüberschuss von 3,1 TWh kann abgeregelt oder in andere Regionen verkauft werden.
In dieser Bachelorarbeit sollen die Stromverbräuche der regionalen Teilgebiete der Europäischen Metropolregion Nürnberg ermittelt werden. Diese lässt sich auf 17 Planquadrate gemäß der NASA Datenbank MERRA-2 aufteilen. Für jedes Gebiet soll eine Stromverbrauchszeitreihe aus den von den Verteilnetzbetreibern veröffentlichten tatsächlichen Verbräuchen modelliert werden. Aufgrund der Unvollständigkeit und Uneinheitlichkeit der veröffentlichten Daten erfordert dies eine aufwendige Aufbereitung der Daten und das Ermitteln realitätsnaher Approximationen bei unvollständigen Datensätzen. Diese Arbeit soll die Grundlage für später durchzuführende Versorgungsanalysen für die einzelnen Teilregionen bilden sowie für die Bestimmung der dazu nötigen Speicherkapazitäten.